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Biosensoren mit Transistoren aus Graphen

Bioelektronische Implantate sollen künftig zerstörte Sinneszellen ersetzen, um Menschen das Sehen oder Hören zu ermöglichen. Forscher der Technischen Universität München und des Forschungszentrums Jülichs haben gezeigt, dass sich lebendige Zellen und Mikroelektronik gut auf Basis von Bauteilen aus Graphen miteinander verbinden lassen.

Die bisher verwendete Silizium-Technologie wirft an dieser Schnittstelle erhebliche Probleme auf. Sie passt weder zur Flexibilität biologischer Zellen noch zu deren wässriger Umgebung. Außerdem sind bisherige Implantate um ein Vielfaches größer als die Nervenzellen, mit denen sie kommunizieren sollen. Als eine besser geeignete Alternative könnte sich Graphen erweisen. Es besteht im Wesentlichen aus einem zweidimensionalen Netzwerk von Kohlenstoffatomen, bietet hervorragende elektronische Eigenschaften, ist chemisch stabil und biologisch gut verträglich. Es kann leicht zu flexiblen Folien verarbeitet werden und sollte sich in größeren Mengen kostengünstig herstellen lassen. Die Wissenschaftler ließen in ihren Versuchen Herzmuskelzellen über Graphen-Transistoren wachsen. Anschließend ermittelten sie mit diesen einfachen Biosensoren die Aktionspotenziale der Zellen – und zwar mit einem deutlich geringeren Grundrauschen als mit Silizium-basierter Technik. Die weitere Erforschung und Entwicklung von Bauteilen aus Graphen ist bereits geplant: In einem breit angelegten europäischen Projekt namens NEUROCARE untersucht die Arbeitsgruppe die Anwendungsmöglichkeiten für Gehirn-Implantate.

Graphene DevicesHerzmuskelzellen auf einem Sensor-Array mit Graphen-Transistoren
Copyright: Forschungszentrum Jülich

Originalpublikation:

Graphene Transistor Arrays for Recording Action Potentials from Electrogenic Cells Lucas H. Hess, Michael Jansen, Vanessa Maybeck, Moritz V. Hauf, Max Seifert, Martin Stutzmann, Ian D. Sharp, Andreas Offenhaeusser and Jose A. Garrido Advanced Materials 2011, 23, 5045-5049
DOI: 10.1002/adma.201102990

Informationen zum Peter Grünberg Institut

Informationen zum Jülicher Institute of Complex Systems

Pressemitteilung der TU München


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